CN117266989A - 一种燃气轮机 - Google Patents

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CN117266989A CN202311256995.3A CN202311256995A CN117266989A CN 117266989 A CN117266989 A CN 117266989A CN 202311256995 A CN202311256995 A CN 202311256995A CN 117266989 A CN117266989 A CN 117266989A
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肖俊峰
李晓丰
高松
王玮
王峰
夏家兴
李乐
郭菡
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant

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Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种燃气轮机，包括：燃兼压缸与压气机连接，且设有燃烧室；燃烧室内设有夹层流道；夹层流道外层设有进气孔；压气机出口与夹层流道通过进气孔连通；在夹层流道内套设有火焰筒；全预混燃烧器内端与火焰筒连接，且内部与火焰筒连通；夹层流道与全预混燃烧器内部连通；且全预混燃烧器间隔套设于夹层流道内；全预混燃烧器掺混主燃料和空气，以及掺混值班燃料和空气；透平与燃兼压缸连接；透平入口与火焰筒连通；本申请在启机至停机整个过程均采用预混燃烧；可使空气和燃料在燃烧前掺混均匀，在火焰筒内形成稳定的预混燃烧火焰；提升燃气轮机的燃烧稳定性，大大降低燃气轮机NOx污染物排放。

Description

一种燃气轮机
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种燃气轮机。
背景技术
燃气轮机是一种在能源领域得到广泛应用的设备，经过多年发展，燃烧效率不断提升，污染排放逐渐减少。因燃气轮机具有高效率、低排放、灵活性和可靠性的固有特点，在新能源电力系统的构建中，燃气轮机发挥着重要的作用。随着可再生能源(例如：风能和太阳能)的大规模引入，其间歇性和波动性给电力系统的稳定性和可靠性带来挑战。燃气轮机作为快速启动、灵活调度和备用能源的重要组成部分，能够快速响应负荷变化，平衡电力系统的供需，提供稳定的电力输出。此外，燃气轮机还可以与可再生能源进行混合运行，提供调峰能力和备用电力，为新能源电力系统的可持续发展提供支持。
目前，在役重型燃气轮机普遍采用干式低氮分级燃烧技术，进入燃气轮机的大部分燃料通过预混燃烧方式燃烧放热，剩下的少部分燃料则以扩散燃烧方式燃烧，以保证燃气轮机的燃烧稳定性。燃气轮机在启机的过程中，为了防止燃气轮机因燃烧不稳定导致熄火或损坏燃烧器等故障发生，须大幅度提高参与扩散燃烧的燃料比例，这会带来启机过程污染物排放高的问题。在启机阶段，燃气轮机因燃烧室内的平均温度和压力较低，燃料燃烧不够完全，导致污染物的排放增加。尤其是在冷态启动情况下，燃料的混合和燃烧不稳定性更加显著，使得氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和不完全燃烧产物等的排放浓度较高，甚至会出现烟囱冒黄烟现象。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服燃气轮机因燃烧室内的燃料燃烧不够完全，导致污染物排放增加的缺陷。
为了克服上述缺陷，本发明提供一种燃气轮机，包括：
压气机，与进气流道连通；
燃兼压缸，环绕所述压气机设置，且燃兼压缸与压气机连接；在所述燃兼压缸内设有燃烧室；在所述燃烧室内设有夹层流道；在所述夹层流道的外层设有进气孔；所述压气机的出口与夹层流道通过进气孔连通；在所述夹层流道内套设有火焰筒；
全预混燃烧器，内端与火焰筒连接，且全预混燃烧器的内部与火焰筒连通；所述全预混燃烧器的外端连接有主预混燃料管和值班预混燃料管；所述夹层流道与全预混燃烧器的内部连通；且全预混燃烧器间隔套设于所述夹层流道内；所述全预混燃烧器适于掺混主预混燃料管输送的主燃料和夹层流道输送的空气，以及掺混值班预混燃料管输送的值班燃料和夹层流道输送的空气；在所述火焰筒上靠近全预混燃烧器的一端设有点火器；
透平，与燃兼压缸连接；所述透平的入口与火焰筒连通；
转子，与发电机固定连接，且所述压气机和透平均转动连接于转子上。
可选地，所述燃兼压缸的外壁与燃烧室之间设有环形空腔。
可选地，在所述透平的入口与火焰筒之间设有过渡通道；相应的，所述夹层流道设有过渡段。
可选地，在所述透平的出口处设有排气段，所述排气段与透平的出口连通；所述排气段适于与余热锅炉连接。
可选地，所述全预混燃烧器包括：
头部进气体，内部外层设有主预混燃料腔，在头部进气体内部设有初级预混腔；所述主预混燃料腔适于与主燃料通道连通；所述主预混燃料腔通过多个主预混燃料喷射孔与初级预混腔连通；在所述头部进气体的外壁上设有多个主进气孔，所述主进气孔与初级预混腔连通；所述主燃料通道为环形截面的通道；且所述主燃料通道与主预混燃料管连通；
燃料喷嘴外筒，与头部进气体连接；在所述燃料喷嘴外筒内设有环形截面的后预混腔；所述后预混腔与初级预混腔连通；
燃料喷嘴内筒，间隔套设于燃料喷嘴外筒的内部；在所述燃料喷嘴内筒内设有环形截面的值班燃料预混腔；所述值班燃料预混腔适于与值班燃料通道连通，所述值班燃料通道为套设于主燃料通道内的环形截面通道；且所述值班燃料通道与值班预混燃料管连通；
在所述燃料喷嘴外筒的外壁上设有多个值班进气孔，所述值班进气孔与值班燃料预混腔连通；所述后预混腔与值班燃料预混腔均适于与火焰筒连通。
可选地，在所述头部进气体的外端和外周均匀设置多个主进气孔，每个主预混燃料喷射孔靠近所述主进气孔设置。
可选地，在所述头部进气体的内部设有双层中空杯型结构；所述双层中空杯型结构包括：由内层喇叭状导流板形成的中空杯内层和由外层喇叭状导流板形成的中空杯外层；
所述内层喇叭状导流板外端的第一喇叭开口与头部进气体的外端对应，所述内层喇叭状导流板内部包围的空间形成中心掺混区；所述中心掺混区适于掺混从头部进气体的外端通入的燃料和空气；
所述外层喇叭状导流板外端的第二喇叭开口相对所述第一喇叭开口靠内设置；所述外层喇叭状导流板内部与内层喇叭状导流板外部包围的空间形成夹层掺混区；所述夹层掺混区适于掺混从头部进气体的前部外周通入的燃料和空气以及通过内层喇叭状导流板设有的缝隙通入的在中心掺混区掺混后的燃料和空气；
所述外层喇叭状导流板外部的空间形成外层掺混区；所述外层掺混区适于掺混从头部进气体的后部外周通入的燃料和空气以及通过外层喇叭状导流板设有的缝隙通入的在夹层掺混区掺混后的燃料和空气。
可选地，在所述后预混腔靠前部的位置内设有主预混旋流器；在所述值班燃料预混腔靠后部的位置内设有值班旋流器。
可选地，在所述值班燃料预混腔内设有中空的吹扫杆，所述吹扫杆的后端靠近值班燃料预混腔的后部设置。
可选地，在所述值班燃料预混腔和值班燃料通道的内部套设有吹扫空气通道；所述吹扫空气通道通过后端设有的吹扫空气喷射孔，与火焰筒连通；
靠近所述吹扫杆的后端设置有吹扫冷却通道，在所述吹扫冷却通道的外周设有冷却空气孔，所述冷却空气孔与吹扫冷却通道连通。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本发明提供的燃气轮机，包括：压气机，与进气流道连通；燃兼压缸，环绕所述压气机设置，且燃兼压缸与压气机连接；在所述燃兼压缸内设有燃烧室；在所述燃烧室内设有夹层流道；在所述夹层流道的外层设有进气孔；所述压气机的出口与夹层流道通过进气孔连通；在所述夹层流道内套设有火焰筒；全预混燃烧器，内端与火焰筒连接，且全预混燃烧器的内部与火焰筒连通；所述全预混燃烧器的外端连接有主预混燃料管和值班预混燃料管；所述夹层流道与全预混燃烧器的内部连通；且全预混燃烧器间隔套设于所述夹层流道内；所述全预混燃烧器适于掺混主预混燃料管输送的主燃料和夹层流道输送的空气，以及掺混值班预混燃料管输送的值班燃料和夹层流道输送的空气；在所述火焰筒上靠近全预混燃烧器的一端设有点火器；透平，与燃兼压缸连接；所述透平的入口与火焰筒连通；转子，与发电机固定连接，且所述压气机和透平均转动连接于转子上；本申请采用上述技术方案，通过在启机至停机整个过程均采用预混燃烧；可使空气和燃料在燃烧前掺混均匀，在火焰筒内形成稳定的预混燃烧火焰；提升燃气轮机的燃烧稳定性，大大降低燃气轮机NOx污染物排放；进而克服燃气轮机因火焰筒内的燃料燃烧不够完全，导致污染物排放增加的缺陷。
2.本发明所述燃兼压缸的外壁与燃烧室之间设有环形空腔；本申请采用上述技术方案，通过设置环形空腔，对压气机排出的高压空气具有缓冲减速作用。
3.本发明在所述透平的入口与火焰筒之间设有过渡通道；相应的，所述夹层流道设有过渡段；本申请采用上述技术方案，高温燃气在过渡通道内进一步掺混均匀，使过渡段出口处的燃气温度分布更均匀，减少因燃气温度分布不均匀对透平的叶片造成的热应力冲击。
4.本发明在所述透平的出口处设有排气段，所述排气段与透平的出口连通；所述排气段适于与余热锅炉连接；本申请采用上述技术方案，通过余热锅炉进一步利用乏气的热量，提高能源的利用效率。
5.本发明所述全预混燃烧器包括：头部进气体，内部外层设有主预混燃料腔，在头部进气体内部设有初级预混腔；所述主预混燃料腔适于与主燃料通道连通；所述主预混燃料腔通过多个主预混燃料喷射孔与初级预混腔连通；在所述头部进气体的外壁上设有多个主进气孔，所述主进气孔与初级预混腔连通；所述主燃料通道为环形截面的通道；且所述主燃料通道与主预混燃料管连通；燃料喷嘴外筒，与头部进气体连接；在所述燃料喷嘴外筒内设有环形截面的后预混腔；所述后预混腔与初级预混腔连通；燃料喷嘴内筒，间隔套设于燃料喷嘴外筒的内部；在所述燃料喷嘴内筒内设有环形截面的值班燃料预混腔；所述值班燃料预混腔适于与值班燃料通道连通，所述值班燃料通道为套设于主燃料通道内的环形截面通道；且所述值班燃料通道与值班预混燃料管连通；在所述燃料喷嘴外筒的外壁上设有多个值班进气孔，所述值班进气孔与值班燃料预混腔连通；所述后预混腔与值班燃料预混腔均适于与火焰筒连通；本申请采用上述技术方案，通过分别设计主进气和主预混燃料的预混合，以及值班进气和值班燃料的预混合，整个过程均采用预混燃烧；可使主进气和主预混燃料，以及值班进气和值班燃料在燃烧前均掺混均匀，在火焰筒内形成稳定的预混燃烧火焰。与扩散燃烧相比，因燃烧火焰面温度低，具有NOx排放生成少的优势；即大大降低NOx污染物的排放。
6.本发明在所述头部进气体的外端和外周均匀设置多个主进气孔，每个主预混燃料喷射孔靠近所述主进气孔设置；本申请采用上述技术方案，主进气通过主进气孔进入初级预混腔时，在主进气孔的背面形成局部回流卷吸区，通过将预混燃料喷射孔的位置靠近主进气孔开设，主预混燃料一经喷出后，即与主进气卷吸掺混，有利于加强空气与燃料的掺混，提高燃料的掺混均匀性。由于预混燃烧对可燃混气的燃空当量比合燃料热值波动非常敏感，容易因燃空当量比和燃料热值脉动诱发燃烧不稳定故障；通过上述设置，即可确保进入火焰筒的可燃混气的燃空当量比和燃料热值基本不变，提高燃气轮机的燃烧稳定性。
7.本发明在所述头部进气体的内部设有双层中空杯型结构；所述双层中空杯型结构包括：由内层喇叭状导流板形成的中空杯内层和由外层喇叭状导流板形成的中空杯外层；所述内层喇叭状导流板外端的第一喇叭开口与头部进气体的外端对应，所述内层喇叭状导流板内部包围的空间形成中心掺混区；所述中心掺混区适于掺混从头部进气体的外端通入的燃料和空气；所述外层喇叭状导流板外端的第二喇叭开口相对所述第一喇叭开口靠内设置；所述外层喇叭状导流板内部与内层喇叭状导流板外部包围的空间形成夹层掺混区；所述夹层掺混区适于掺混从头部进气体的前部外周通入的燃料和空气以及通过内层喇叭状导流板设有的缝隙通入的在中心掺混区掺混后的燃料和空气；所述外层喇叭状导流板外部的空间形成外层掺混区；所述外层掺混区适于掺混从头部进气体的后部外周通入的燃料和空气以及通过外层喇叭状导流板设有的缝隙通入的在夹层掺混区掺混后的燃料和空气；本申请采用上述技术方案，通过设置中心掺混区、夹层掺混区和外层掺混区；使主进气和主预混燃料从头部进气体的三个不同位置进入初级预混腔，将主进气和主预混燃料分成三部分，每部分空气和燃料掺混后，再汇合其他空气和燃料，一步步掺混，最后进行总体掺混，有助于提高空气和燃料掺混的均匀度，提升燃气轮机的燃烧稳定性。
8.本发明在所述后预混腔靠前部的位置内设有主预混旋流器；在所述值班燃料预混腔靠后部的位置内设有值班旋流器；本申请采用上述技术方案，主预混旋流器具有一定旋转角度的叶片，在叶片的导流作用下，主进气和主预混燃料掺混后，形成具有一定周向速度的旋转气流，并在后预混腔内进一步掺混，最后从后端以旋转射流的方式喷入火焰筒进行燃烧，上述旋转射流同时会在燃烧室形成回流区，使燃烧完成后的高温燃气回流，并稳定在火焰筒头部，起到点火和稳定燃烧火焰面的作用；同理，值班旋流器具有一定旋转角度的叶片，也具有同样类似的效果。
9.本发明在所述值班燃料预混腔内设有中空的吹扫杆，所述吹扫杆的后端靠近值班燃料预混腔的后部设置；本申请采用上述技术方案，在全预混燃烧器停止工作时，通过吹扫杆清除存留燃料；防止火焰筒内的空气进入全预混燃烧器内，与存留燃料形成掺混，发生自燃或爆燃事故。
10.本发明在所述值班燃料预混腔和值班燃料通道的内部套设有吹扫空气通道；所述吹扫空气通道通过后端设有的吹扫空气喷射孔，与火焰筒连通；靠近所述吹扫杆的后端设置有吹扫冷却通道，在所述吹扫冷却通道的外周设有冷却空气孔，所述冷却空气孔与吹扫冷却通道连通；本申请采用上述技术方案，通过设置吹扫空气喷射孔，防止回流区贴近全预混燃烧器后端面产生回火，避免产生烧损全预混燃烧器甚至燃烧室的故障；且通过冷却空气对距离火焰筒较近且温度较高的吹扫杆后端进行冷却，以保护吹扫杆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式中提供的燃气轮机的剖视结构示意图；
图2为本发明实施方式中提供的全预混燃烧器的剖视结构示意图；
图3为本发明实施方式中提供的全预混燃烧器的立体结构示意图。
附图标记说明：
1、进气流道；2、压气机；3、燃烧室；4、透平；5、燃兼压缸；6、排气段；7、转子；8、发电机；9、止推轴承；10、透平轴承；11、值班预混燃料管；12、主预混燃料管；13、全预混燃烧器；14、燃料喷嘴盖；15、点火器；16、火焰筒；17、过渡段；18、主进气孔；19、主预混燃料喷射孔；20、内层喇叭状导流板；21、外层喇叭状导流板；22、头部进气体；23、主预混旋流器；24、值班进气孔；25、初级预混腔；26、燃料喷嘴外筒；27、后预混腔；28、燃料喷嘴内筒；29、值班旋流器；30、吹扫冷却通道；31、吹扫空气喷射孔；32、冷却空气孔；33、吹扫杆；34、值班燃料喷射孔；35、值班燃料预混腔；36、吹扫空气通道；37、值班燃料通道；38、主燃料通道；39、主预混燃料腔；40、主燃料通道内壁；41、连接法兰；42、初级预混腔内壁；43、中心掺混区；44、夹层掺混区；45、外层掺混区。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图3所示的燃气轮机的一种具体实施方式，包括：依次连接的压气机2、燃兼压缸5、透平4和转子7，以及全预混燃烧器13。
如图1所示，所述压气机2与位于左端的进气流道1连通；具体的，所述进气流道1为喇叭形流道；压气机2的流道为收缩型流道，流通面积逐渐减小。燃兼压缸5倾斜环绕所述压气机2设置，且燃兼压缸5与压气机2连接；在所述燃兼压缸5内设有燃烧室3；所述燃兼压缸5的外壁与燃烧室3之间设有环形空腔。在所述燃烧室3内设有夹层流道；在所述夹层流道的外层设有进气孔；所述压气机2的出口与夹层流道通过进气孔连通；在所述夹层流道内套设环绕有多个火焰筒16。所述全预混燃烧器13内端与火焰筒16连接，且全预混燃烧器13的内部与火焰筒16连通；所述全预混燃烧器13的外端连接有主预混燃料管12和值班预混燃料管11；所述夹层流道与全预混燃烧器13的内部连通；且全预混燃烧器13间隔套设于所述夹层流道内；所述全预混燃烧器13适于掺混主预混燃料管12输送的主燃料和夹层流道输送的空气，以及掺混值班预混燃料管11输送的值班燃料和夹层流道输送的空气；在所述火焰筒16上靠近全预混燃烧器13的一端设有点火器15。所述透平4与燃兼压缸5连接；所述透平4的入口与火焰筒16连通。所述转子7位于中心，且与发电机8固定连接，且所述压气机2和透平4均转动连接于转子7上。具体的，所述压气机2通过止推轴承9转动连接于转子7上；所述透平4通过透平轴承10转动连接于转子7上。在所述透平4的入口与火焰筒16之间设有过渡通道；相应的，所述夹层流道设有过渡段17。在所述透平4的出口处设有排气段6，所述排气段6与透平4的出口连通；所述排气段6适于与余热锅炉连接。其中，箭头表示燃料和空气的流动方向。
如图2和图3所示，所述全预混燃烧器13包括：连接设置的头部进气体22和燃料喷嘴外筒26，以及间隔套设于燃料喷嘴外筒26内部的燃料喷嘴内筒28。所述头部进气体22的前端连接设有连接法兰41。结合图1所示，所述连接法兰41与燃料喷嘴盖14连接，所述燃料喷嘴盖14用于固定主预混燃料管12和值班预混燃料管11。所述头部进气体22的内部外层设有主预混燃料腔39，在头部进气体22内部设有初级预混腔25；所述主预混燃料腔39适于与主燃料通道38连通；所述主预混燃料腔39通过多个均匀布置的主预混燃料喷射孔19与初级预混腔25连通；在所述头部进气体22的外壁上设有多个均匀布置的主进气孔18，进一步的，在所述头部进气体22的外端和外周均匀设置多个主进气孔18，每个主预混燃料喷射孔19靠近所述主进气孔18设置。所述主进气孔18与初级预混腔25连通；所述主燃料通道38为环形截面的通道；且所述主燃料通道38与主预混燃料管12连通；在所述燃料喷嘴外筒26内设有环形截面的后预混腔27；所述后预混腔27与初级预混腔25连通。在所述燃料喷嘴内筒28内设有环形截面的值班燃料预混腔35；所述值班燃料预混腔35适于与值班燃料通道37连通，所述值班燃料通道37为套设于主燃料通道38内的环形截面通道；且所述值班燃料通道37与值班预混燃料管11连通。在所述燃料喷嘴外筒26的外壁上设有多个均匀布置的值班进气孔24，所述值班进气孔24与值班燃料预混腔35连通；所述后预混腔27与值班燃料预混腔35均适于与火焰筒16连通。所述主燃料通道38和值班燃料通道37均设置于连接法兰41内。在所述后预混腔27靠前部的位置内设有主预混旋流器23；在所述值班燃料预混腔35靠后部的位置内设有值班旋流器29。头部进气体22内部、圆柱形的初级预混腔内壁42和主预混旋流器23包裹形成初级预混腔25的区域。
在所述头部进气体22的内部设有双层中空杯型结构；所述双层中空杯型结构包括：由内层喇叭状导流板20形成的中空杯内层和由外层喇叭状导流板21形成的中空杯外层。所述内层喇叭状导流板20外端的第一喇叭开口与头部进气体22的外端对应，所述内层喇叭状导流板20内部包围的空间形成中心掺混区43；所述中心掺混区43适于掺混从头部进气体22的外端通入的燃料和空气。所述外层喇叭状导流板21外端的第二喇叭开口相对所述第一喇叭开口靠内设置；所述外层喇叭状导流板21内部与内层喇叭状导流板20外部包围的空间形成夹层掺混区44；所述夹层掺混区44适于掺混从头部进气体22的前部外周通入的燃料和空气以及通过内层喇叭状导流板20设有的缝隙通入的在中心掺混区43掺混后的燃料和空气。所述外层喇叭状导流板21外部的空间形成外层掺混区45；所述外层掺混区45适于掺混从头部进气体22的后部外周通入的燃料和空气以及通过外层喇叭状导流板21设有的缝隙通入的在夹层掺混区44掺混后的燃料和空气。
在所述值班燃料预混腔35内设有中空圆柱形的吹扫杆33，所述吹扫杆33的后端靠近值班燃料预混腔35的后部设置。在所述值班燃料预混腔35和值班燃料通道37的内部套设有吹扫空气通道36；所述吹扫空气通道36通过后端设有的吹扫空气喷射孔31，与火焰筒16连通；靠近所述吹扫杆33的后端设置有吹扫冷却通道30，在所述吹扫冷却通道30的外周设有冷却空气孔32，所述冷却空气孔32与吹扫冷却通道30连通。所述值班进气孔24贯穿主预混旋流器23后，与值班燃料预混腔35连通。吹扫杆33的外壁、初级预混腔内壁42和主燃料通道内壁40包裹形成环形值班燃料通道37的区域，所述值班燃料通道37伸入所述值班燃料预混腔35的部分空间内；所述值班燃料通道37通过靠近端部外周设有的值班燃料喷射孔34，与值班燃料预混腔35连通；所述值班进气孔24位于值班燃料喷射孔34的前部。
本申请所述燃气轮机的工作原理简述如下：外界空气经进气流道1被高速旋转的压气机2吸入，经压气机2逐级压缩升压后，排入燃兼压缸5内，因燃兼压缸5为环形大容腔，对压气机2排出的高压空气具有缓冲作用，高压空气经缓冲减速后，经开设在过渡段17外壁面上的进气孔进入过渡段17外壁与内壁形成的夹层流道内；然后沿夹层流道逆流至全预混燃烧器13外部，经头部进气体22开设的主进气孔18进入全预混燃烧器13；在全预混燃烧器13内，参与燃烧主进气进入初级预混腔25；参与燃烧的主预混燃料依次经主预混燃料管12和主燃料通道38，进入设计在头部进气体22内部的主预混燃料腔39，并经主预混燃料喷射孔19喷入初级预混腔25；考虑到主进气通过主进气孔18进入初级预混腔25时，会在主进气孔18的背面形成局部回流卷吸区，因此将主预混燃料喷射孔19靠近主进气孔18设置，这有利于加强空气与燃料的掺混，提高燃料的掺混均匀性。内层喇叭状导流板20和外层喇叭状导流板21将初级预混腔25分隔成中心掺混区43、夹层掺混区44和外层掺混区45三个燃料与空气掺混区域，从头部进气体22左端面进入的主进气和主预混燃料在初级预混腔25的中心掺混区43进行掺混，从头部进气体22圆柱形壁面进入的主进气和部分主预混燃料在夹层掺混区44进行掺混，另一部分主进气和主预混燃料在外层掺混区45进行掺混；这种分区掺混设计将主进气和主预混燃料分成三部分，每部分空气和燃料掺混后再汇合进一步掺混，有助于提高空气和燃料掺混的均匀度；主进气和主预混燃料在初级预混腔25内预先掺混后，流经主预混旋流器23，主预混旋流器23具有一定旋转角度的叶片，在叶片的导流作用下，主进气和主预混燃料的掺混气形成具有一定周向速度的旋转气流，并在后预混腔27内进一步掺混，最后从全预混燃烧器的右端以旋转射流方式喷入火焰筒16进行燃烧，旋转射流同时会在火焰筒16形成回流区，使燃烧完成后的高温燃气回流并稳定在火焰筒16头部，起到点火和稳定燃烧火焰面的作用，然而燃气轮机在启动时需由点火器15点火，点火成功后则由前述高温回流区稳定火焰面；参与值班燃烧的空气经值班进气孔24进入值班燃料预混腔35，与依次流经值班预混燃料管11、值班燃料通道37和值班燃料喷射孔34进入值班燃料预混腔35的值班燃料进行掺混，掺混后，经值班旋流器29形成旋转射流，喷入火焰筒16进行燃烧；吹扫空气进入吹扫空气通道36后，一部分经冷却空气孔32进入吹扫冷却通道30，对吹扫杆33右端进行冷却后进入燃烧室，另一部分经吹扫空气喷射孔31喷入火焰筒16，防止回流区贴近全预混燃烧器右端面产生回火，严重时产生烧损全预混燃烧器的故障；空气和燃料在火焰筒16内以预混燃烧方式充分燃烧形成高温燃气后，在过渡段17内进一步掺混均匀，使过渡段17出口处的燃气温度分布更均匀，减少因燃气温度分布不均匀对透平4的叶片造成的热应力冲击；从过渡段17出口喷出的高温、高压燃气在透平4内逐级膨胀做功，推动转子7高速旋转，转子7再带动发电机8转动，持续往外输出电能，做完功后的乏气经排气段6排出燃气轮机，为提高乏气余热利用，一般在燃气轮机下游布置余热锅炉，进一步利用乏气的热量，提高能源的利用效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种燃气轮机，其特征在于，包括：
压气机(2)，与进气流道(1)连通；
燃兼压缸(5)，环绕所述压气机(2)设置，且燃兼压缸(5)与压气机(2)连接；在所述燃兼压缸(5)内设有燃烧室(3)；在所述燃烧室(3)内设有夹层流道；在所述夹层流道的外层设有进气孔；所述压气机(2)的出口与夹层流道通过进气孔连通；在所述夹层流道内套设有火焰筒(16)；
全预混燃烧器(13)，内端与火焰筒(16)连接，且全预混燃烧器(13)的内部与火焰筒(16)连通；所述全预混燃烧器(13)的外端连接有主预混燃料管(12)和值班预混燃料管(11)；所述夹层流道与全预混燃烧器(13)的内部连通；且全预混燃烧器(13)间隔套设于所述夹层流道内；所述全预混燃烧器(13)适于掺混主预混燃料管(12)输送的主燃料和夹层流道输送的空气，以及掺混值班预混燃料管(11)输送的值班燃料和夹层流道输送的空气；在所述火焰筒(16)上靠近全预混燃烧器(13)的一端设有点火器(15)；
透平(4)，与燃兼压缸(5)连接；所述透平(4)的入口与火焰筒(16)连通；
转子(7)，与发电机(8)固定连接，且所述压气机(2)和透平(4)均转动连接于转子(7)上。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃兼压缸(5)的外壁与燃烧室(3)之间设有环形空腔。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，在所述透平(4)的入口与火焰筒(16)之间设有过渡通道；相应的，所述夹层流道设有过渡段(17)。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，在所述透平(4)的出口处设有排气段(6)，所述排气段(6)与透平(4)的出口连通；所述排气段(6)适于与余热锅炉连接。
5.根据权利要求1－4任一项所述的燃气轮机，其特征在于，所述全预混燃烧器(13)包括：
头部进气体(22)，内部外层设有主预混燃料腔(39)，在头部进气体(22)内部设有初级预混腔(25)；所述主预混燃料腔(39)适于与主燃料通道(38)连通；所述主预混燃料腔(39)通过多个主预混燃料喷射孔(19)与初级预混腔(25)连通；在所述头部进气体(22)的外壁上设有多个主进气孔(18)，所述主进气孔(18)与初级预混腔(25)连通；所述主燃料通道(38)为环形截面的通道；且所述主燃料通道(38)与主预混燃料管(12)连通；
燃料喷嘴外筒(26)，与头部进气体(22)连接；在所述燃料喷嘴外筒(26)内设有环形截面的后预混腔(27)；所述后预混腔(27)与初级预混腔(25)连通；
燃料喷嘴内筒(28)，间隔套设于燃料喷嘴外筒(26)的内部；在所述燃料喷嘴内筒(28)内设有环形截面的值班燃料预混腔(35)；所述值班燃料预混腔(35)适于与值班燃料通道(37)连通，所述值班燃料通道(37)为套设于主燃料通道(38)内的环形截面通道；且所述值班燃料通道(37)与值班预混燃料管(11)连通；
在所述燃料喷嘴外筒(26)的外壁上设有多个值班进气孔(24)，所述值班进气孔(24)与值班燃料预混腔(35)连通；所述后预混腔(27)与值班燃料预混腔(35)均适于与火焰筒(16)连通。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，在所述头部进气体(22)的外端和外周均匀设置多个主进气孔(18)，每个主预混燃料喷射孔(19)靠近所述主进气孔(18)设置。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，在所述头部进气体(22)的内部设有双层中空杯型结构；所述双层中空杯型结构包括：由内层喇叭状导流板(20)形成的中空杯内层和由外层喇叭状导流板(21)形成的中空杯外层；
所述内层喇叭状导流板(20)外端的第一喇叭开口与头部进气体(22)的外端对应，所述内层喇叭状导流板(20)内部包围的空间形成中心掺混区(43)；所述中心掺混区(43)适于掺混从头部进气体(22)的外端通入的燃料和空气；
所述外层喇叭状导流板(21)外端的第二喇叭开口相对所述第一喇叭开口靠内设置；所述外层喇叭状导流板(21)内部与内层喇叭状导流板(20)外部包围的空间形成夹层掺混区(44)；所述夹层掺混区(44)适于掺混从头部进气体(22)的前部外周通入的燃料和空气以及通过内层喇叭状导流板(20)设有的缝隙通入的在中心掺混区(43)掺混后的燃料和空气；
所述外层喇叭状导流板(21)外部的空间形成外层掺混区(45)；所述外层掺混区(45)适于掺混从头部进气体(22)的后部外周通入的燃料和空气以及通过外层喇叭状导流板(21)设有的缝隙通入的在夹层掺混区(44)掺混后的燃料和空气。
8.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，在所述后预混腔(27)靠前部的位置内设有主预混旋流器(23)；在所述值班燃料预混腔(35)靠后部的位置内设有值班旋流器(29)。
9.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，在所述值班燃料预混腔(35)内设有中空的吹扫杆(33)，所述吹扫杆(33)的后端靠近值班燃料预混腔(35)的后部设置。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机，其特征在于，在所述值班燃料预混腔(35)和值班燃料通道(37)的内部套设有吹扫空气通道(36)；所述吹扫空气通道(36)通过后端设有的吹扫空气喷射孔(31)，与火焰筒(16)连通；
靠近所述吹扫杆(33)的后端设置有吹扫冷却通道(30)，在所述吹扫冷却通道(30)的外周设有冷却空气孔(32)，所述冷却空气孔(32)与吹扫冷却通道(30)连通。
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